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La mesure s’impose comme critère de décision dans des contextes divers d’échange, de contrôle technique, de litige juridique et d’investigation scientifique. Son langage a vocation d’universalité, bien qu’il évolue constamment avec les exigences des utilisateurs et avec le progrès des connaissances scientifiques. La mesure est fondée sur la comparaison d’une grandeur physique inconnue avec une grandeur de même nature prise comme référence. Cette définition classique implique le choix de la référence, la mise en oeuvre d’une méthode de comparaison et l’appréciation des incertitudes inhérentes à sa réalisation concrète, avec un degré d’approfondissement dépendant des exigences de l’utilisateur.
En principe, la mesure ne s’applique qu’à des grandeurs dont on peut concrètement définir la somme ou le rapport, comme les longueurs, les durées et les masses. Mais la métrologie embrasse aussi les “essais” (mesures ordinales), suivant lesquels une caractéristique d’un corps ou d’un processus est exprimée numériquement suivant un protocole conventionnellement choisi (par exemple, l’échelle Richter des séismes, ou une échelle de dureté des corps). La distinction entre mesure et essai est relative: elle dépend de l’état des connaissances et des modes de représentation privilégiés à une époque donnée. Par exemple, une mesure de longueur d’un objet macroscopique finit par ressembler à un essai quand on la pousse à un niveau de précision atteignant l’échelle moléculaire, car elle dépend alors d’une définition conventionnelle des extrémités du corps (par exemple, par des plans optiques moyens). De même, la distinction entre deux types de grandeurs et la pertinence de l’introduction d’unités distinctes pour ces deux types dépend des modes privilégiés de représentation et de considérations pratiques. Par exemple, bien que la thermodynamique statistique fasse de la température une énergie, le Système International continue de définir une unité spécifique de température.
Une première nécessité de la mesure est la définition de références pérennes, uniformes et accessibles. La nature de cette définition varie considérablement suivant l’époque et suivant le type de grandeur considérée. Le mètre, originalement défini comme la dix-millionième partie du quart du méridien terrestre, est devenu en 1889 la longueur du prototype déposé au pavillon de Breteuil. En 1960, on décida de le rattacher à une longueur d’onde atomique. Enfin, en 1983, on le définit via l’unité de temps en fixant conventionnellement la valeur de la vitesse de la lumière. Une telle évolution dépend naturellement de la possibilité concrète de rapporter--par des méthodes qui peuvent être très indirectes et supposer toute une chaîne d’étalonnage--toute mesure utile de longueur à la nouvelle unité choisie et de préciser sans le contredire le résultat de mesures effectuées suivant l’unité ancienne. Idéalement, les physiciens aimeraient pouvoir définir complètement les unités en fixant conventionnellement la valeur numérique de quelques constantes fondamentales. Mais cet idéal ne s’accorde avec l’exigence pratique de comparabilité d’une grandeur mesurée et de son unité que si les constantes fondamentales sont connues, dans le système préexistant, avec une précision compatible avec celle requise pour les mesures utiles de cette grandeur. Des effets quantiques macroscopiques tels que l’effet Josephson ou l’effet Hall quantique permettent aujourd’hui de se rapprocher de cet idéal. Ainsi la métrologie se nourrit-elle de la physique fondamentale tout en favorisant ses progrès.
La répétition de la mesure d’une grandeur donnée conduit nécessairement à une dispersion des résultats. On peut en fait comparer toute mesure au tirage d’un dé pipé de telle sorte que la valeur vraie soit le résultat le plus probable. Il faut donc abandonner, dans toute mesure, la certitude d’accéder à la valeur vraie de la grandeur et même abandonner l’idée qu’on pourra encadrer celle-ci entre des bornes bien définies. Pour juger l’incertitude de nos mesures, une méthode essentiellement statistique s’impose, même dans le domaine industriel: on caractérise une mesure par la valeur centrale et par l’écart-type de la distribution des valeurs attendues de sa répétition indéfinie. Concrètement, l’évaluation de ces deux caractéristiques est un processus complexe, plus raisonnable que démontrable. La détermination de la valeur centrale suppose l’identification des différentes causes d’erreurs et la correction de ces erreurs. L’estimation de l’écart-type dépend de la dispersion attendue de la valeur non corrigée et de celle des diverses corrections. Quand les causes de ces différentes dispersions sont jugées indépendantes, les écarts quadratiques s’ajoutent. Autrement dit, l’appréciation raisonnable des incertitudes suppose que le pire (une interférence constructive des fluctuations des divers termes correctifs) n’arrive que rarement.
Il convient alors de préciser la définition classique de la mesure de la manière suivante:
“Mesurer, c’est comparer une grandeur physique inconnue à une référence dont la traçabilité est établie dans le cadre du Système international d’unités, et évaluer l’incertitude associée, aussi élevée soit-elle, par une approche statistique de la mesure permettant d’apprécier la justesse du résultat, la fidélité des instruments.” Cette métrologie statistique “permet d’envisager avec sérénité, c’est-à-dire en le maîtrisant—sans l’éliminer—le risque que l’on prend à utiliser le résultat pour en tirer des conclusions, la prise de décision dans les domaines scientifiques, techniques ou de vie courante à partir des résultats de mesure.”
• On peut consulter, parmi les travaux de Marc Himbert :
« Comment la métrologie fait évoluer la connaissance » in Thierry Gaudin et Armand Hatchuel (eds.), Les nouvellles raisons du savoir. Vers une prospective de la connaissance. Colloque de Cerisy, Prospective de la connaissance (2001). Editions de l’Aube 2002.
Note :Les imprécisions ou les erreurs qui pourraient figurer dans ce résumé ne sont pas imputables au conférencier mais à l'auteur du compte rendu (N.
de Courtenay).
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